ПРОБЛЕМИ ОЦІНКИ І ПРОГНОЗУВАННЯ ТЕХНІЧНОГО СТАНУ БУДІВЕЛЬНИХ КОНСТРУКЦІЙ ПРОМИСЛОВИХ
Матвєюшкін Сергій Олександрович - Директор управління промислової безпеки ТОВ «ВЕЛД», м. Магнітогорськ, кандидат технічних наук
Алексєєва Катерина Леонідівна – Заступник директора управління промислової безпеки ТОВ «ВЕЛД»
В даний час до об'єктів капітального будівництва пред'являється ряд вимог, серед яких, крім функціональних вимог, основне місце займає безпеку.
Відповідно до [1], будівельні конструкції повинні бути запроектовані таким чином, щоб вони мали достатню надійність при зведенні та експлуатації з урахуванням, при необхідності, особливих впливів (наприклад, внаслідок землетрусу, повені, пожежі, вибуху). Основною властивістю, що визначає надійність будівельних конструкцій, будівель та споруд загалом, є безвідмовність їхньої роботи – здатність зберігати задані експлуатаційні якості протягом певного терміну служби.
В даний час безпека конструкції будівель та споруд на стадії проектування оцінюється за граничними станами, що характеризуються неможливістю або утрудненнями в експлуатації конструкцій. Руйнування конструкцій є наслідком виникнення граничного стану, що призвело до аварії.
У випадку аварія (італ. avaria, від арабського авар – ушкодження, збитки) [6]:
- несподіваний вихід з ладу машини, транспортного засобу, літального апарату тощо, їх пошкодження; - (перен.) Нещасний випадок, велика невдача.
Відповідно до [2] аварія – несподіваний вихід з ладу або пошкодження чинного механізму, машини, транспортного засобу, засобів комунікації тощо,представляє загрозу життю та здоров'ю людей, що завдає шкоди майну громадян та організацій, природному середовищу.
Аварійним руйнуванням будівельних конструкцій будівель та споруд будемо вважати неконтрольовану руйнацію всієї будівлі або її частини, пов'язану з падінням конструкцій незалежно від збитків після руйнування.
Особливість аварійного руйнування будівельних конструкцій у тому, що руйнація відбувається миттєво. При цьому сценарій подій, що призвели до руйнування, може бути різним, про що свідчать приклади деяких аварій.
2006 рік. Руйнування блоку будівлі листопрокатного цеху №5 ВАТ «Магнітогорський металургійний комбінат», площа обвалення 5000 м 2 , людські жертви. Перед руйнуванням у будівлі виникла пожежа, внаслідок високотемпературного впливу на одну із кроквяних ферм будівлі стався її обвал, слідом за цим стало обвалення суміжних ферм у межах температурного блоку за принципом доміно. Слід зазначити, що покриття будівлі було виконане із застосуванням важких залізобетонних плит покриття.
2006 рік. Руйнування частини блоку покриття будівлі обертових печей ВАТ «Магнітогорський цементний завод», площа обвалення 1760 м 2 без жертв. Причиною аварійної руйнації стало збільшення навантажень на покрівлю будівлі внаслідок скупчення цементного пилу. Шар пилу, що злежався, досягав 1,0 м, що свідчить про тривале за часом накопичення пилу.
2006 рік. Руйнування 80% конструкцій будівлі обертових печей ВАТ «Коркінський цементний завод», людські жертви. Перед руйнуванням відбулася розгерметизація газопроводу природного газу високого тиску, внаслідок чого відбулося швидкоплинне заповнення внутрішнього простору будівлі газом із наступним вибухом.
2002 рік. Руйнування витяжної вежі №175 заввишки 100 м сіроуловлюючої установки аглоцеху гірничо-збагачувального виробництва ВАТ «Магнітогорський металургійний комбінат», без жертв. Причиною аварійної руйнації стала низка обставин:
- корозія несучих металевих конструкцій витяжної вежі; - руйнування елементів решітки в локальній зоні від удару, викликаного падінням горизонтальної частини газовідвідного стовбура; - додаткові непроектні ожеледиці навантаження на несучі конструкції.
2001 рік. Руйнування частини покриття будівлі складу ВАТ «Золотоустівський металургійний завод», без жертв. Причиною руйнування стало збільшення навантажень на покриття будівлі за рахунок застосування більш важкої конструкції покриття (конструкція плити, утеплювач, стяжки) порівняно з проектом.
2001 рік. Руйнування диска покриття будівлі термокалібрувального цеху ВАТ «Золотоустівський металургійний завод», людські жертви. Основною причиною руйнування стало низька якість сталі несучих металевих конструкцій (будівля побудована в період Великої Вітчизняної війни).
Таким чином, якщо розглянути процес аварійного руйнування у зворотній тимчасовій послідовності, отримаємо кілька стадій (рис.1):
1) Безпосереднє руйнування будівельних конструкцій, зазвичай, відбувається за лічені секунди. У загальному випадку процес аварійного руйнування є падінням конструкцій, який за часом залежить від маси і висоти розташування конструкцій, їх взаємозв'язку з суміжними конструктивними елементами будівлі.
2) Період зниження експлуатаційних властивостей конструкцій будівлі до значень, що призводять до аварійного руйнування конструкцій. Цей період може тривати як хвилинами, і роками. Наприклад:
- При пожаріцей період залежатиме від інтенсивності температурних впливів на конструкції; - момент виникнення втомного руйнування підкранових конструкцій буде визначатися інтенсивністю використання вантажопідіймального обладнання; - перевищення фактичного снігового навантаження над розрахунковими значеннями можливе тільки в зимовий період часу; - скупчення виробничого пилу на покрівлі будівлі може тривати роками.
3) Період нормальної експлуатації за заданих на стадії створення об'єкта параметрах.
Рис.1. Стадії експлуатації конструкцій до аварійної руйнації
Першочерговим заходом щодо запобігання аварійному руйнуванню конструкцій є оцінка технічного стану конструкцій. В даний час на практиці застосовуються різні терміни щодо оцінки технічного стану конструкцій будівель та споруд, деякі з яких представлені в нормативно-технічній документації [1, 3-6]. У табл.1 представлені терміни та визначення з класифікацією різних ознак, що визначають стан конструкцій.
Аналіз представлених у табл.1 даних показує, що основними показниками, що характеризують критерії технічного стану, є:
— відповідність вимогам нормативно-технічної документації та проекту «відповідає/відповідає частково/не відповідає»; — можливість подальшої експлуатації «можлива/можлива з обмеженнями/неможлива»; - наявність дефектів і пошкоджень «ні/є, експлуатація конструкцій можлива/є, експлуатація конструкцій не можлива».
Основним показником в оцінці стану конструкцій є можливість подальшої експлуатації, проте інші умови, однак, визначають цю можливість. Таким чином, на момент оцінки стануконструкцій отримуємо відповідь на запитання: «Можлива чи ні експлуатація конструкцій?», або «Можливо чи ні аварійне руйнування конструкцій?», або «Настав граничний стан чи ні?».
Зведені показники технічного стану, встановлені нормативно-технічною документацією, представлені у табл.2.
Наступним заходом щодо запобігання аварійному руйнуванню конструкцій є прогнозування технічного стану конструкцій.
В даний час під прогнозом можна приймати:
- Призначення термінів первинного або чергового обстеження (експертизи) конструкцій; - визначення залишкового ресурсу або терміну експлуатації до аварійного стану.
Прогнозування за будь-яким із зазначених параметрів має на увазі, що в зазначений період часу можливість аварійного руйнування конструкцій знаходиться на прийнятному рівні. Розглянемо практику, що склалася, на прикладі рекомендацій [5] і [7].
Відповідно до [5] для сталевих конструкцій термін проведення первинного обстеження залежно від конструктивних особливостей та умов експлуатації становить від 5 до 30 років, наступні – через 5 років. Таке прогнозування безаварійного стану ґрунтується на накопиченому досвіді з експлуатації будівель та споруд та їх аварійному руйнуванні в радянський період, за якого були чітко визначені умови та порядок експлуатації будівель та споруд. Аналіз даних [8, 9] за динамікою зміни причин аварійного руйнування показує, що останнім часом частка аварій пов'язаних із порушенням правил експлуатації будівель та споруд постійно зростає (рис.2). Це свідчить про те, що потрібна розробка нових методів прогнозування стану будівельних конструкцій, які мають враховувати фактичні умови експлуатації.
До недоліків рекомендацій [7] також слід віднести те, що терміни, що визначаються до капітального ремонту або терміну експлуатації до аварійного, ґрунтуються тільки на зовнішніх ознаках стану конструкцій, не враховують фактичні умови експлуатації, а також як можуть змінитися отримані терміни при зміні умов експлуатації.
Рис.2. Аналіз даних щодо динаміки зміни причин аварій
Висновок
1) Забезпечення безпеки будівель і споруд, що експлуатуються, є комплексним завданням, що включає оцінку та прогноз.
2) Для будівельних конструкцій пропонується здійснювати "прогнозування безаварійної роботи", оскільки будь-який стан, крім граничного, допускає експлуатацію конструкцій.
3) Прогнозування безаварійної роботи має грунтуватися на умовах змінних у часі, залежно від довгостроковості прогнозу.
4) Прогнозування технічного стану будівельних конструкцій має здійснюватися з метою вирішення наступних завдань:
- передбачення стану конструкцій з урахуванням історії їхньої експлуатації, при збереженні даних умов експлуатації (пошукове прогнозування); - передбачення умов експлуатації для отримання необхідного стану конструкцій (нормативне прогнозування).